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Verfahren zur Verringerung der Feststoffanteile einer Ofenbeschickung
in den Abgasen von Glasöfen Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren
zur Verringerung der Feststoffanteile einer Ofenbeschickung in den Abgasen von mit
Gas oder Öl beheizten Glasöfen, insbesondere Wasserglasöfen.
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Die Beschickung der Glasöfen besteht gewöhnlich aus Sand, Soda, insbesondere
calcinierter Soda, sowie gegebenenfalls bestimmten Mengen an Kalk und anderen Zusätzen.
Diese Stoffe werden fast immer in Form eines feinen Pulvers oder in Form kleiner
Partikeln eingesetzt, und zwar entweder chargenweise oder kontinuierlich. Bei der
Beschickung von Schmelzöfen, die mit Gas oder Öl beheizt sind, um den Ofeninhalt
durch direktes Erhitzen auf eine Temperatur von 1200 bis 1400° C zu bringen, haben
die feinen Teilchen die Tendenz, zusammen mit den Verbrennungsgasen, die durch den
Ofen wirbeln, zu entweichen.
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Seit einiger Zeit ist man, besonders in dichter besiedelten Gegenden,
bestrebt, die Verunreinigung der Atmosphäre durch Staub und Rauch möglichst niedrig
zu halten. In manchen Ländern ist man sogar dazu übergegangen, eine zu starke Verunreinigung
der Luft durch industrielle Abgase durch strenge Maßnahmen zu unterbinden. In vielen
Gebieten ist die Höchstmenge an Staub, die ein bestimmter Schornstein ausstoßen
darf, durch Verordnungen festgelegt. Es ist daher wichtig, Mittel zu finden, die
es gestatten, die ausgestoßene Staubmenge auf das zulässige Maß herabzusetzen.
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Zu diesem mehr die Allgemeinheit betreffenden Problem kommt noch die
Tatsache, daß der durch die Abgase mitgerissene feine Staub sich in den als Wärmeaustauscher
dienenden Gitterkammern der Glasöfen und in den anderen Abzugskanälen ansammelt.
Das in dem Staub vorhandene Alkali reagiert hierbei mit den feuerfesten Stoffen,
mit denen die Gitterkammern und Abzugskanäle ausgekleidet sind, und macht sie vorzeitig
unbrauchbar.
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Man hat bereits versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß man
die Beschickung für Glasöfen brikettiert oder granuliert hat. Es hat sich jedoch
herausgestellt, daß durch diese Maßnahmen die Reaktionsgeschwindigkeit herabgesetzt
wird. Aus diesem und anderen Gründen wird das Verfahren unrentabel. Man hat auch
schon vorgeschlagen, der Beschickung Heizöl zuzusetzen, um die Staubmenge in den
Ofengasen zu vermindern. Dieser Zusatz bietet einige Vorteile, indessen neigen die
bei der Verbrennung des zugesetzten Öls entstehenden Gase ebenfalls dazu, Staubteilchen
mitzureißen.
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Es wurde nun gefunden, daß man das geschilderte Problem in einfacher
und zweckmäßiger Weise dadurch lösen kann, daß man der feinkörmigen oder pulverförmigen
Beschickung kurz vor dem Eintritt in den Ofen 1 bis 5 ID/o, bezogen auf das Gewicht
der Ofenbeschickung, einer Wasserglaslösung als Bindemittel zusetzt. Um eine zufriedenstellende
Wirkung der Wasserglaslösung zu erreichen, darf diese nicht zu verdünnt sein. Ihre
Konzentration soll etwa zwischen 5 und 30° B6 liegen. Die günstigsten Ergebnisse
werden mit Lösungen von 20 bis 25° Be erzielt.
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Dieser Zusatz bewirkt, daß die Teilchen agglomerieren und größere
Partikeln bilden, die zu schwer sind, um von den Abgasen mitgerissen zu werden.
Ihre Dichte ist jedoch nicht so groß, daß die Schmelzgeschwindigkeit im Ofen herabgesetzt
wird.
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Die Behandlung mit der Wasserglaslösung kann in jeder geeigneten Weise
vorgenommen werden. Die Lösung kann z. B. auf die feinzerkleinerte Ofenbeschickung
aufgesprüht oder in anderer Weise zugesetzt werden. Anschließend wird das Material
zweckmäßig gut durchgemischt.
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man
zweckmäßig handelsübliches
Natronglas. Unerwartet gute Ergebnisse
werden mit einem Wasserglas erhalten, dessen Gewichtsverhältnis Nag O : S'02 zwischen
2: 1 und 1: 2 liegt.
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Um die Benetzung des pulverförmigen Gutes durch die Wasserglaslösung
zu verbessern und zu beschleunigen, ist es in manchen Fällen zweckmäßig;
letzterer eine kleine Menge eines Netzmittels zuzusetzen, z. B. ein Natriumsalz
eines Alkybenzolsulfonats oder eine Seife. Im . allgemeinen ist jedoch die Benetzungsgeschwindigkeit
auch ohne diese Zusätze ausreichend.
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Durch den erfindungsgemäßen - Zusatz einer Wasserglaslösung zu der
Ofenbeschickung ist es möglich, die in den Abgasen des Ofens vorhandene Staubmenge
erheblich zu vermindern. Die Gitterkammern des Ofens bleiben infolgedessen frei
von Stau. Hierdurch wird eine bessere Verbrennung in dem Ofen bewirkt. Außerdem-
wird die Abnutzung der Schamottesteine in den Gitterkammern, den Abzugskanälen und
auch im oberen Teil des Ofens selbst erheblich vermindert und dadurch die Lebensdauer
des Ofens verlängert.
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Die Agglomerierung der Ofenbeschickung bewirkt außerdem, daß die Schmelzzeit
im Ofen infolge der verbesserten Wärmeübertragung herabgesetzt wird. Außerdem bewirkt
der geringere Staubgehalt in den Abgasen eine verbesserte Ausbeute. Alle diese Vorteile
erhöhen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beträchtlich. Besonders vorteilhaft
wirkt sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ofen aus, in
dessen Gitterkammern und Abzugskanälen bereits beträchtliche Staubablagerungen vorhanden
sind, so daß durch die Verringerung der Feststoffanteile nach der Erfindung Kammern
und. Kanäle nicht vorzeitig überholt zu werden brauchen.
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Bei Verwendung von Natronwasserglas der obengenannten Zusammensetzung
und Konzentration bleibt die Aggregation der Ofenbeschickung und damit auch deren
vorteilhafte Wirkung auch dann erhalten, wenn die Charge trocken ist.
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Für die in den nachstehenden Beispielen beschriebenen Versuche wurde
ein Wannenofen üblicher Bauart verwendet.
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In den Beispielen ist speziell die Verringerung der Feststoffanteile
bei Herstellung von Natriumsilikatglas beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht
von der Zusammensetzung der Beschickung des Glas-bzw. Wasserglasofens abhängig.
Sie ist in gleicher Weise auf die Herstellung von Kaliumsilikat oder von Natrium-Calcium-Silikat
und ganz allgemein auf die Herstellung von jedem Glas anwendbar, welches Kieselsäure
als glasbildende Grundkomponente enthält.
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Man hat bereits wässrige Lösungen von organischen Stoffen, z. B. von
eingedickter Sulfitablauge, als Bindemittel für die Beschickung von Glasschmelzöfen
verwendet. Hierbei wurde die gesamte Beschickung zu einem kompakten Block verformt
und als solcher in die Schmelze eingeführt. Dieses Verfahren ist schwieriger durchführbar
als die erfindungsgemäße Arbeitsweise und erfordert höhere Mengen an Bindemittel.
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Es war ferner bekannt, Mennige, welche als Ausgangsstoff für spezielle
bleihaltige Gläser dient, mit Hilfe einer Wassergläslösung zu granulieren und das
i trockene Granulat vor der Verwendung zu lagern. Im Gegensatz dazu wird bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren die gesamte Beschickung mit einer Wasserglaslösung behandelt,
und zwar erst kurz vor dem Eintritt in den Schmelzofen.
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Beispiel 1 Eine wäßrige= Natron-Wasserglas-Lösung, die ein Gewichtsverhältnis
Nag O : Si 02 von 1:1,58 und eine Konzentration von 22,5° B6 aufwies, wurde mit
einer Ofencharge kurz vor ihrem Eintritt in den Ofen vermischt. Die Ofencharge bestand
aus 167 Teilen handelsüblichen Glassandes (sehr reiner Quarzsand) und 91 Teilen
calcinierter Soda. Die Menge des zugesetzten Wasserglases betrug 2 O/o des Gewichts
der Ofencharge. Das Ergebnis dieser Behandlung war, daß der Gehalt der Abgase an
Feststoffteilchen um 79 % herabgesetzt wurde. Dies bedeutet ein Absinken des stündlichen
Durchschnittsverlustes von 13,2 auf 2,9 kg. Die Beheizung des Ofens erfolgte bei
diesem Versuch mit einem Heizöl, welches einen beträchtlichen Schwefelgehalt aufwies.
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Der Gehalt an Feststoffteilchen in den Ofenabgasen wurde bei diesem
und bei den folgenden Beispielen mit Hilfe eines Fotozellenmeßgerätes bestimmt.
Dieses Meßgerät zeichnete mit Hilfe einer Elektronenröhre die Intensität eines Lichtstrahles
auf, der in dem Rauch zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Schornsteinausgang angeordnet
war. Die Eichung der Apparatur war vorher durch Vergleich der Lichtintensitätswerte
mit der tatsächlich aus dem Schornstein entweichenden Staubmenge erfolgt.
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Beispiel 2 Bei dem nachstehenden und bei den weiteren Versuchen erfolgte
die Beheizung des Ofens mit Gas. Unter sonst gleichen Bedingungen und mit der gleichen
Ofenbeschickung von je 258 kg wie im Beispiel 1 wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt. In
dieser Tabelle bedeutet °B6: die Konzentration der zugesetzten Natronwasserglaslösung;
Verhältnis: das Gewichtsverhältnis von Nag zu Si02 in dieser Lösung; Menge: die
zugesetzte Menge an Wasserglaslösung in Prozent, bezogen auf das Gewicht der Ofenbeschickung;
Durchschnittsverlust: die stündlich im Durchschnitt mit den Abgasen entweichende
Menge an Feststoffen in Kilogramm.
| Tabelle 1 |
| Durch- |
| Versuch ° Menge schnitts- |
| Nr. Be Verhältnis verlust |
| (°/o) (kg) |
| 1 - keine Behandlung - 9,7 |
| 2 10 1:3,2 3 5,1 |
| 3 10 1:1,6 3 4,4 |
| 4 10 1:1,6 2 4,2 |
| 5 10 1:1,6 1 5,9 |
| 6 keine Zufuhr von Rohmaterial 3,8 |
Besonders instruktiv sind die Ergebnisse von Versuch 6. Hierbei wurde die Zufuhr
des Rohmaterials 3s/4 Stunden abgestellt. Nach dieser Zeit ergab die
Messung
den angegebenen Wert. Nachdem ohne Wasserglaszusatz (Verbrauch 1) ein Wert von 9;7
und ohne Zufuhr von Rohmaterial ein Wert von 3,8 gemessen wurde, ergibt sich, daß
durch den Wasserglaszusatz eine Verminderung der Verluste von mehr als 90 0/0 eintrat.
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Die heißen Gase des Ofens werden gewöhnlich durch einen Wärmeaustauscher
geleitet, bevor sie in den Schornstein kommen. Vor Einführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens war es notwendig, die Rohre des Wärmeaustauschers in Abständen von einer
Stunde durchzublasen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchte das
Durchblasen nur etwa alle 8 Stunden durchgeführt zu werden. Beispiel 3 Für die nachstehende
Versuchsreihe, die im Laufe von etwa 3 Monaten durchgeführt wurde, wurde ein Ofen
mit wesentlich größerem Fassungsvermögen und relativ verschmutzten Schamottesteinen
und Abzugskanälen verwendet. Die Wasserglaslösung wurde der Ofenbeschickung durch
Aufsprühen zugesetzt. Die Ergebnisse der Versuche sind in der nachstehenden Tabelle
2 aufgeführt.
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In dieser Tabelle bedeutet Rohstoffgewicht das Gewicht der in den
Ofen eingeführten und mit der Silikatlösung besprühten Rohstoffmischung, deren Zusammensetzung
prozentual die gleiche war wie in den vorhergehenden Beispielen. Die Ausdrücke IB6,
Menge, Verhältnis, Durchschnittsverlust haben die gleiche Bedeutung wie in Tabelle
1. Der Durchschnittsverlust stellt den Mittelwert aus zwei Versuchen dar.
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Aus dieser Tabelle geht aus Versuch Nr. 12 hervor, daß bei einem Gewichtsverhältnis
von Na20 zu Si 02 wie 2:1,0 und einer Zusatzmenge von 3% die besten Ergebnisse erzielt
wurden und weitere gute Ergebnisse mit Werten bei 10° B6 und einer Zusatzmenge von
2 bis 4% erhalten werden, wenn das Gewichtsverhältnis Nag O : S'02 den Wert von
1: 2 nicht überschreitet.